智算中心功率密度从4-6kW跃升至40-120kW，正在倒逼数据中心供电架构的根本性变革。传统交流UPS供电方案虽技术成熟，但94.7%的系统效率和复杂的2N冗余架构已难以满足高功率密度下的能效与空间要求。广发证券报告指出，高压直流（HVDC）凭借97.5%的系统效率、25%的占地节省和更简洁的架构，正从"替代选项"走向"标配方案"，三代800V产品的推出将进一步打开量价齐升空间。本文梳理供电架构的四代演进路径与产业节奏。
四类供电架构的优劣对比与适用场景
目前数据中心主流供电方案包括交流UPS供电、高压直流供电、中压直供集成式供电和柔性直流供电四大类。交流UPS供电架构发展最成熟、输出电能质量高、无转换时间，是目前最主要的供电方案，但其供电效率仅约94.7%，电能损失严重、结构复杂、维护困难、可靠性相对较低。高压直流供电架构由通信行业于2007年开始探索，减少逆变环节（DC/AC），电能损耗低、供电可靠性高，且直流系统有利于新能源的接入，但其难点在于不存在电压"零点"导致对配电开关灭弧性能要求高、换流设备成本较高。中压直供集成式供电架构（以巴拿马电源为代表）由互联网行业主导推动，通过模块化设计将变压器、开关柜、HVDC、配电柜集成，系统效率提升至97.5%，占地面积减少50%、设备和工程施工量节省40%，但移相变压器成本较高、技术成熟度低于主流方案。柔性直流输电架构最为新颖，2018年新投运的世界首个柔性变电站张北阿里巴巴数据港已实现100%清洁能源供电，未来随着数据中心新能源配套占比提升，柔性直流供电有望开启渗透。
HVDC相较UPS的四大核心优势
HVDC相较于UPS的优势主要体现在四个维度。第一是效率提升：HVDC系统取消逆变环节（DC/AC），同时在服务器电源取消AC/DC环节，功率器件减少、能量损耗降低，用电效率高于UPS，在低负载情况下优势更为明显。第二是空间优化：HVDC中功率器件减少，在提供相同功率前提下可节省约25%的占地面积；同时更高电压应用可以减少电源线占用空间，带动潜在性能提升和成本节约。第三是可靠性提高：高压直流系统电池直接与整流器输出母线挂接并联输出给负载，停电时蓄电池电能可直接供给负载，可靠性更高；直流供电系统各模块间不存在相位、频率同步等问题，系统结构简单。第四是灵活可扩展：HVDC模块化设计使后期扩容便利性提高，而UPS即使采用模块化设计也需考虑并机问题，扩展和维护难度相对较高。
三代HVDC演进：从240V到800V的量价齐升路径
HVDC已经历两代升级，三代产品正在测试中。一代HVDC通过优化电路设计使得整体系统效率达到95.2%，与UPS基本持平，输出直流电压240V。二代HVDC以2016年台达协助阿里开发的"巴拿马电源方案"为代表，通过将变压器、开关柜、HVDC、配电柜集成在一套系统中，提供更加简洁的系统架构，系统效率提升至97.5%，与采用SiC器件的UPS效率持平，输出直流电压保持240V。三代HVDC有望提供输出直流电压达400V/800V的产品，以响应智算中心高功率需求。电压等级的提升直接带动单价上行——二代240/336V HVDC价格略高于UPS，而三代800V HVDC因电压等级更高、技术壁垒更高，预计均价显著高于二代产品。广发证券测算，随着三代HVDC渗透率从2025年的2%逐步提升至2030年的10%，HVDC市场规模将从2025年的约22.3亿元增长至2030年的约535亿元，量价齐升逻辑清晰。
竞争格局：HVDC集中度高于UPS，头部企业有望受益
HVDC市场的竞争格局显著优于UPS。2023年中国UPS市场前三大品牌（华为数字能源、科华数据、维谛技术）CR3占比超40%。而HVDC市场空间约为UPS的1/8，生产企业较少，仅华为、维谛、中恒电气、科华数据、禾望电气等少数几家企业具备成熟的研发基础。HVDC较高的行业集中度意味着，随着智算中心建设加速和HVDC渗透率提升，头部企业有望获得更快的收入增长。广发证券建议关注绑定国内外头部客户的禾望电气、中恒电气、科华数据、通合科技、科士达等。
数据中心四类供电架构对比| 供电架构 | 系统效率 | 核心优势 | 核心劣势 | 代表方案 |
|---|
| 交流UPS供电 | 约94.7% | 技术最成熟、电能质量高 | 效率低、结构复杂 | 2N/N+1架构 |
| 高压直流（HVDC） | 95.2%-97.5% | 效率高、占地小、可靠性高 | 灭弧要求高、设备成本较高 | 一代/二代/三代HVDC |
| 中压直供（巴拿马电源） | 97.5% | 占地面积减50%、工程量省40% | 移相变压器成本高 | 台达巴拿马电源 |
| 柔性直流输电 | — | 兼容新能源、100%清洁能源 | 技术新颖、应用时间短 | 张北阿里巴巴数据港 |
